隧道畢業(yè)設(shè)計初期支護(hù)驗算

1用收斂——約束法驗算初期支護(hù)1.1確定計算參數(shù)（1）根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范JTGD702004》確定的支護(hù)參數(shù)見表1表1圍巖級別噴層厚度（cm）錨桿鋼筋網(wǎng)二次襯砌厚度（cm）直徑（mm）長度（m）間距（mxm）直徑（mm）間距（mxm）V254240.5x2.7620x2045（2）隧道的幾何尺寸及圍巖的計算參數(shù)見表2表2圍ULJ巖級別隧道當(dāng)量半徑a（cm）埋深H（m）容重Y（kN/m3）粘結(jié)C/Cr（MPa）內(nèi)摩擦角（。/。r）變形模E（MPa）泊松比四初始應(yīng)p0（MPa）V706142150.5/0.230/19.1110000.352.13①其中p0=Y?H，7為圍巖的容重，H為隧道埋深;②表中隧道當(dāng)量半徑a為將隧道形狀視為圓形時圓的半徑，對馬蹄形隧道，其計算當(dāng)量半徑a可用下公式求得2+F22F式中：F 隧道開挖高度，cm；B——隧道開挖寬度，cm。代入數(shù)值得：B 1280（-）2+F2 （——）2+1005.62a=- =a=——2 =706cm2F 2x1005.6（3）初期支護(hù)材料的力學(xué)性能=0.3%；C20噴射混凝土極限抗壓強(qiáng)度R取10MPa（噴射混凝土抗壓強(qiáng)度齡期為=0.3%；C20噴射混凝土極限應(yīng)變8砂漿與圍巖之間的抗剪強(qiáng)度T=0.4MPa；V級圍巖單軸極限抗壓強(qiáng)度R=20MPa。1.2計算隧道周邊設(shè)計支護(hù)阻力P,.與徑向位移Ri通過查閱相關(guān)資料可知，對于V級圍巖，其徑向松弛主要在距洞壁2.5m深的范圍內(nèi)，馬蹄形隧道圍巖發(fā)生松弛時，其等代圓的計算當(dāng)量半徑Rp(塑性區(qū)的塑性半徑)可用下式計算：B+2W、( )2+(F+W)2R=——2 p 2(F+W)式中：W——為隧道圍巖松弛范圍對V級圍巖，W=250cm；代入數(shù)值計算可得：B+2W、( )2+(F+W)2R=——2 p 2(F+W),1280+2x250、( )2+(1005.6+250)2— 2 =943cm2x(1005.6+250)當(dāng)假定隧道為圓形，圍巖視為各向同性、均勻、連續(xù)、初始地應(yīng)力只考慮圍巖的自重應(yīng)力，側(cè)壓力系數(shù)九=1。根據(jù)彈塑性理論和莫爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，可導(dǎo)出：(1)隧道圍巖塑性區(qū)半徑Rp和周邊支護(hù)阻力pi的關(guān)系：Rp(1-sin巾一Ccos巾+Ccot巾)卜叫—p-=(―0 r 1)2sin@ra p+Ccot巾 ’式中：Rp——塑性區(qū)半徑；a——隧道當(dāng)量半徑；p0——隧道圍巖的自重應(yīng)力；pt——隧道的設(shè)計支護(hù)阻力，即隧道圍巖開挖后達(dá)到彈塑性應(yīng)力平衡時，必須在洞壁上施加的徑向支護(hù)力；C、aCr、2——隧道圍巖在彈性狀態(tài)和塑性狀態(tài)的粘聚力和內(nèi)摩擦角。

(2)隧道周邊的徑向位移日和隧道圍巖塑性區(qū)半徑尺的關(guān)系式:i P當(dāng)假定塑性區(qū)圍巖體積不變時，片可近似的按下式計算：a(1+^)R、日= (—p)2(psin9+Ccos9)iEa0式中：/一一隧道設(shè)計位移，即隧道圍巖開挖后達(dá)到彈塑性應(yīng)力平衡時，產(chǎn)生的塑性徑向位移;E、n——隧道圍巖的彈性模量和泊松比。分別代入相關(guān)數(shù)值，求得:p(1-sin9-Ccos9+Ccot9)、1-sin9rp+Ccot9irrp(1-sin9)-Ccosp+Ccot9irrp(1-sin9)-Ccos9+Ccot9p= -Ccot92.13(1-sin30°)-0.5xcos30°+0.2xcot19.11°_02*c0tl9口°1-1-sin1911°2sin19.11943706=0.767-0.577=0.19MPaa(1+四)/RN= (~^p)2(psin9+Ccos9)706x(1+706x(1+0.35)1000x1.3352x(1.71xsin30°+0.5xcos30°)=2.188cm將所求結(jié)果列入表3。表3a(cm)R(cm)R/api(MPa)N.(cm)7069431.3350.192.188查《公路隧道設(shè)計規(guī)范》第9.2.8條可知，V級圍巖埋深在50?300m時允許洞周圍相對收斂值為0.6?1.6%，即隧道周邊的徑向位移R.<(0.6%?1.6%)*B=(0.6%?1.6%)*1280:5.12?20.48cm,由此可見，表3中數(shù)值r=2.188cm符合規(guī)范要求。i1.3計算初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力p^和允許隧道洞壁產(chǎn)生的總徑向位移匕(1)噴射混凝土層的支護(hù)阻力p^和允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移R，的計算施工中，噴層單層厚度按5?6cm施工，總厚度為25cm，需噴5層，利用以下公式得計算結(jié)果(見表4)E2at-12n, —ii R2 2a2csi=1 iRn=￡e(a-1)i=1式中：ai、ti——第i噴層的半徑和厚度；Rc——噴射混凝土的極限抗壓強(qiáng)度，一般可取10MPa，即噴射后第三天的強(qiáng)度；e2——噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可取0.3%。表5\分層a=701cma=696cma=691cma=686cma=681cm項目t=5cmt=5cmt=5cmt=5cmt=5cmp(MPa)0.0710.0720.0720.0730.073r.(cm)2.0882.0732.0582.0432.028pn(MPa)0.361Rn(cm)10.29(2)砂漿錨桿所提供的支護(hù)阻力Pg和錨桿允許洞壁產(chǎn)生的徑向位移r§的計算假定砂漿錨桿對洞壁提供的支護(hù)阻力受砂漿與圍巖之間的抗剪強(qiáng)度所控制，并且在其接觸面上的剪應(yīng)力分布是均勻的，則:

p=-ggg（錨桿長度）gei式中：ps——砂漿錨桿所提供的支護(hù)阻力；\——砂漿與圍巖間的抗剪強(qiáng)度，對于軟弱圍巖，一般按圍巖單軸抗壓強(qiáng)度的10?20%取值；dg——錨桿孔的直徑；1g——噴射混凝土的極限應(yīng)變，一般可取0.3%；e、i——錨桿縱橫向間距。假定錨桿設(shè)置后洞壁的彈性變形已全部完成。同時，圍巖的最大塑性區(qū)（錨桿約束圍巖變形后形成的）取決于錨桿加固后承載環(huán)厚度，則式中：日=@Q+E）（）2（psin。+Ccos。）ag E a 0日_a（1+E）（psin。+ccos。）ae E 0Rg——錨桿約束后圍巖的塑性區(qū)半徑。代入數(shù)值得：KTdl g—g-gei冗x0.4x4.2x300_011750x270 .NagNaea("E)(&)2(psin。+CcosNagNaeEa0706口35)x1.5112x(1.71xsin30o+0.5xcos300)1000=2.803a(1+E)(psin。+ccos。)E0706x(1+0.35) x(1.71xsin300+0.5xcos300)1000=1.228

計算結(jié)果列入表5表5a(cm)Lg(cm)Rg(cm)R/aPg(MPa)Rag(cm)Rae(cm)Rg(cm)70630010671.5110.1772.8031.2281.575注：①表中L表示錨桿的實際長度;②表中i表示錨桿縱橫向平均間距;③表中%表示錨桿計算長度，參照表6確定;L/i321.33L/L5/62/35.5/10④錨桿玉樹后圍巖的塑性區(qū)半徑R按下式確定:gB+2L、(--一)2+(F+L)22 g2(F+L)代入相關(guān)數(shù)據(jù)得:B+2L(一--)2+(F+L)22 g2(F+L)1280+1280+2x400)2+(1005.6+300)22(1005.6+300)二1067cm（3）初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力p^和初期支護(hù)允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移匕的計算通過以上計算可得:P=pn+p

式中：p式中：p初期支護(hù)能提供的總支護(hù)阻力;wNw——柔性的初期支護(hù)允許隧道洞壁產(chǎn)生的徑向位移。代入數(shù)據(jù)得：p=pn+p=0.361+0.117=0.478MPaN=中+n=